[发明专利]一种飞机薄壁件自动钻铆多姿态变形建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞机薄壁件自动钻铆变形建模方法，主要是针对飞机薄壁件在自动钻铆过程中多个姿态下求解薄壁件变形的建模方法。

背景技术

自动钻铆技术是目前飞机装配线上的先进技术之一，可以实现飞机薄壁件的自动钻铆。自动钻铆系统主要由自动钻铆机和相配的托架组成。自动钻铆过程中要求钻头或铆钉与钻铆点的法线重合，因此需要计算托架和薄壁件的变形量并进行相应的补偿。自动钻铆系统中围框质量大且跨度较长，造成飞机薄壁件在还没有上架之前就因自重而产生较大的变形挠度，给钻铆点的法向找寻带来一定的困难。同时，由于托板的数量及分布间距受钻铆空间和钻铆效益的限制，相邻托板之间必须存在一定的间距。实际钻铆过程中飞机壁板多为大型薄壁件，薄壁件安装在托板上会因为自重而造成相应的变形，同时自动钻铆过程中托架的多自由度转动让薄壁件的变形也具有了动态多样性。

目前，较多的研究主要集中在自动钻铆系统中托架围框的截面优化、托架自重在自动钻铆状态下的变形量计算及补偿方面。文献“自动钻铆托架围框横梁的优化设计”(《机械制造》，2010年08期)对自动钻铆托架的围框横梁进行了优化设计，使托架在满足刚度和强度的要求下，尽可能轻巧，为设计、制造围框提供了较好的依据。文献“基于CATIA V5的自动钻铆机托架变形研究”(《航空制造技术》，2008年16期)，研发了基于CATIA V5的托架变形补偿技术及变形模拟系统，进一步研究了托架变形。目前，对于薄壁件上架定位、夹紧后因自重引起的变形研究较少，给自动钻铆系统的钻铆精度带来一定的影响。

发明内容

为了计算薄壁件上架定位夹紧后因自重引起的变形量并验证托板布局的合理性，本发明公开了一种飞机薄壁件自动钻铆多姿态变形建模方法。该方法包括如下步骤：

1)将托板支撑壁板简化为连续梁受多个支承座支承的模型，计算各托板的支撑力和弯矩；

2)利用各个托板位置确定的边界条件，结合壳体理论计算壁板的变形量。

本发明的有益效果是：利用理论模型求解飞机薄壁件在自动钻铆系统中定位、夹紧后各个托板的受力。为托板的强度设计、数目以及在托架上的分布提供一定的依据。同时，计算托板间距已知的情况下薄壁件的变形量，通过控制最大的变形量来进一步验证托板数量和分布是否合理。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1为根据本发明的具体实施方式的自动钻铆系统示意图；

图2为根据本发明的具体实施方式的自动钻铆系统简化示意图；

图3为根据本发明的具体实施方式的薄壁件上架后薄壁件与托板相对位置及薄壁件分区图；

图4为根据本发明的具体实施方式的薄壁件与托板简化模型图；

图5为根据本发明的具体实施方式的中间托板及相邻两跨薄壁件受力图；

图6为根据本发明的具体实施方式的中壁板分区及受力图；以及

图7为根据本发明的具体实施方式的飞机薄壁件的变形量建模方法的流程框图。

具体实施方式

在以下的实施方式的详细描述中，参照构成该描述的一部分的附图进行说明。附图以示例的方式展示出特定的实施方式，本发明被实现在这些实施方式中。所示出的实施方式不是为了穷尽根据本发明的所有实施方式。可以理解，其他的实施方式可以被利用，结构性或逻辑性的改变能够在不脱离本发明的范围的前提下被做出。

为了研究薄壁件上架后在自动钻铆系统多个姿态下的变形，本发明提供了一种飞机薄壁件自动钻铆多姿态变形建模方法。前提假设托架的变形量在水平状态已经通过调节托板的位置得到补偿。考虑薄壁件上架后在自动钻铆多姿态下其自重和托板分布引起薄壁件的动态变形，建立自动钻铆多姿态下各个托板的受力以及薄壁件变形的建模方法。

如图1所示，自动钻铆系统10主要由自动钻铆机100和相配的托架200组成。其中，托架200由端梁202与横梁204焊接而成的围框206、定位夹紧薄壁件的托板208和固定连接在围框206的两根横梁204上用于为托板208及附件提供支承作用的角板210组成。自动钻铆过程中要求钻头或铆钉与钻铆点的法线重合，因此需要计算托架200和薄壁件的变形量并进行相应的补偿。如前所述，自动钻铆系统中围框206质量大且跨度较长，造成飞机薄壁件在还没有上架之前就因自重而产生较大的变形挠度，给钻铆点的法向找寻带来一定的困难。

下面，详细地叙述本发明的建模方法。